ch9 無線網(wǎng)絡(luò)

1、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)（第 5 版）,第 9 章 無線網(wǎng)絡(luò),9.1 無線局域網(wǎng)9.1.1 無線局域網(wǎng)的組成,,有固定基礎(chǔ)設(shè)施的無線局域網(wǎng),,,,,,,,,,AP1,AP2,,,,,,,,,一個(gè)基本服務(wù)集 BSS 包括一個(gè)基站和若干個(gè)移動(dòng)站，所有的站在本 BSS 以內(nèi)都可以直接通信，但在和本 BSS 以外的站通信時(shí) ，都要通過本 BSS 的基站。,AP1,AP2,,,,,,,,,,,基本服務(wù)集內(nèi)的基站叫做接入點(diǎn) AP (Access P

2、oint)其作用和網(wǎng)橋相似。,AP1,AP2,當(dāng)網(wǎng)絡(luò)管理員安裝 AP 時(shí)，必須為該 AP 分配一個(gè)不超過 32 字節(jié)的服務(wù)集標(biāo)識符 SSID 和一個(gè)信道。,,,,,,,,,AP1,AP2,一個(gè)基本服務(wù)集可以是孤立的，也可通過接入點(diǎn) AP連接到一個(gè)主干分配系統(tǒng) DS (Distribution System)，然后再接入到另一個(gè)基本服務(wù)集，構(gòu)成擴(kuò)展的服務(wù)集ESS (Extended Service Set)。,,,,,,,,,,

3、,,,AP1,AP2,ESS 還可通過叫做門戶(portal)為無線用戶提供到非 802.11 無線局域網(wǎng)（例如，到有線連接的因特網(wǎng)）的接入。門戶的作用就相當(dāng)于一個(gè)網(wǎng)橋。,,,,,,,,,,AP1,AP2,,移動(dòng)站 A 從某一個(gè)基本服務(wù)集漫游到另一個(gè)基本服務(wù)集（到 A? 的位置），仍可保持與另一個(gè)移動(dòng)站 B 進(jìn)行通信。,,,與接入點(diǎn) AP 建立關(guān)聯(lián)(association),一個(gè)移動(dòng)站若要加入到一個(gè)基本服務(wù)集 BSS，就必須先

4、選擇一個(gè)接入點(diǎn) AP，并與此接入點(diǎn)建立關(guān)聯(lián)。建立關(guān)聯(lián)就表示這個(gè)移動(dòng)站加入了選定的 AP 所屬的子網(wǎng)，并和這個(gè) AP 之間創(chuàng)建了一個(gè)虛擬線路。只有關(guān)聯(lián)的 AP 才向這個(gè)移動(dòng)站發(fā)送數(shù)據(jù)幀，而這個(gè)移動(dòng)站也只有通過關(guān)聯(lián)的 AP 才能向其他站點(diǎn)發(fā)送數(shù)據(jù)幀。,移動(dòng)站與 AP 建立關(guān)聯(lián)的方法,被動(dòng)掃描，即移動(dòng)站等待接收接入站周期性發(fā)出的信標(biāo)幀(beacon frame)。信標(biāo)幀中包含有若干系統(tǒng)參數(shù)（如服務(wù)集標(biāo)識符 SSID 以及支持的速率等）。

5、主動(dòng)掃描，即移動(dòng)站主動(dòng)發(fā)出探測請求幀(probe request frame)，然后等待從 AP 發(fā)回的探測響應(yīng)幀(probe response frame)。,熱點(diǎn)(hot spot),現(xiàn)在許多地方，如辦公室、機(jī)場、快餐店、旅館、購物中心等都能夠向公眾提供有償或無償接入 Wi-Fi 的服務(wù)。這樣的地點(diǎn)就叫做熱點(diǎn)。由許多熱點(diǎn)和 AP 連接起來的區(qū)域叫做熱區(qū)(hot zone)。熱點(diǎn)也就是公眾無線入網(wǎng)點(diǎn)?，F(xiàn)在也出現(xiàn)了無線因特網(wǎng)服務(wù)提

6、供者 WISP (Wireless Internet Service Provider)這一名詞。用戶可以通過無線信道接入到 WISP，然后再經(jīng)過無線信道接入到因特網(wǎng)。,2. 移動(dòng)自組網(wǎng)絡(luò)又稱自組網(wǎng)絡(luò)(ad hoc network),,,自組網(wǎng)絡(luò),,,,,,,,,,,,,,,,,,,A,E,D,C,B,F,,,,,源結(jié)點(diǎn),目的結(jié)點(diǎn),轉(zhuǎn)發(fā)結(jié)點(diǎn),轉(zhuǎn)發(fā)結(jié)點(diǎn),轉(zhuǎn)發(fā)結(jié)點(diǎn),自組網(wǎng)絡(luò)是沒有固定基礎(chǔ)設(shè)施（即沒有 AP）的無線局域網(wǎng)。這種網(wǎng)絡(luò)由一些處于

7、平等狀態(tài)的移動(dòng)站之間相互通信組成的臨時(shí)網(wǎng)絡(luò)。,移動(dòng)自組網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用前景,在軍事領(lǐng)域中，攜帶了移動(dòng)站的戰(zhàn)士可利用臨時(shí)建立的移動(dòng)自組網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行通信。這種組網(wǎng)方式也能夠應(yīng)用到作戰(zhàn)的地面車輛群和坦克群，以及海上的艦艇群、空中的機(jī)群。 當(dāng)出現(xiàn)自然災(zāi)害時(shí)，在搶險(xiǎn)救災(zāi)時(shí)利用移動(dòng)自組網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行及時(shí)的通信往往很有效的，,無線傳感器網(wǎng)絡(luò) WSN (Wireless Sensor Network),由大量傳感器結(jié)點(diǎn)通過無線通信技術(shù)構(gòu)成的自組網(wǎng)絡(luò)。無線傳感器網(wǎng)

8、絡(luò)的應(yīng)用是進(jìn)行各種數(shù)據(jù)的采集、處理和傳輸，一般并不需要很高的帶寬，但是在大部分時(shí)間必須保持低功耗，以節(jié)省電池的消耗。由于無線傳感結(jié)點(diǎn)的存儲(chǔ)容量受限，因此對協(xié)議棧的大小有嚴(yán)格的限制。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)還對網(wǎng)絡(luò)安全性、結(jié)點(diǎn)自動(dòng)配置、網(wǎng)絡(luò)動(dòng)態(tài)重組等方面有一定的要求。,傳感器結(jié)點(diǎn)的形狀(a)和組成(b),,存儲(chǔ)器,CPU,,傳感器硬件,電池,無線收發(fā)器,(a),(b),無線傳感器網(wǎng)絡(luò)主要的應(yīng)用領(lǐng)域,環(huán)境監(jiān)測與保護(hù)（如洪水預(yù)報(bào)、動(dòng)物棲息的監(jiān)控

9、）；戰(zhàn)爭中對敵情的偵查和對兵力、裝備、物資等的監(jiān)控；醫(yī)療中對病房的監(jiān)測和對患者的護(hù)理；在危險(xiǎn)的工業(yè)環(huán)境（如礦井、核電站等）中的安全監(jiān)測；城市交通管理、建筑內(nèi)的溫度/照明/安全控制等。,移動(dòng)自組網(wǎng)絡(luò)和移動(dòng) IP 并不相同,移動(dòng) IP 技術(shù)使漫游的主機(jī)可以用多種方式連接到因特網(wǎng)。移動(dòng) IP 的核心網(wǎng)絡(luò)功能仍然是基于在固定互聯(lián)網(wǎng)中一直在使用的各種路由選擇協(xié)議。移動(dòng)自組網(wǎng)絡(luò)是將移動(dòng)性擴(kuò)展到無線領(lǐng)域中的自治系統(tǒng)，它具有自己特定的路由

10、選擇協(xié)議，并且可以不和因特網(wǎng)相連。,幾種不同的接入,固定接入(fixed access)——在作為網(wǎng)絡(luò)用戶期間，用戶設(shè)置的地理位置保持不變。移動(dòng)接入(mobility access)——用戶設(shè)置能夠以車輛速度移動(dòng)時(shí)進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)通信。當(dāng)發(fā)生切換時(shí)，通信仍然是連續(xù)的。便攜接入(portable access)——在受限的網(wǎng)絡(luò)覆蓋面積中，用戶設(shè)備能夠在以步行速度移動(dòng)時(shí)進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)通信，提供有限的切換能力。游牧接入(nomadic access)

11、——用戶設(shè)備的地理位置至少在進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)通信時(shí)保持不變。如用戶設(shè)備移動(dòng)了位置，則再次進(jìn)行通信時(shí)可能還要尋找最佳的基站,9.1.2 802.11 局域網(wǎng)的物理層,802.11 無線局域網(wǎng)可再細(xì)分為不同的類型?，F(xiàn)在最流行的無線局域網(wǎng)是 802.11b，而另外兩種（802.11a 和 802.11g）的產(chǎn)品也廣泛存在。 802.11 的物理層有以下幾種實(shí)現(xiàn)方法：直接序列擴(kuò)頻 DSSS正交頻分復(fù)用 OFDM 跳頻擴(kuò)頻 FHSS （已很

12、少用）紅外線 IR （已很少用）,幾種常用的 802.11 無線局域網(wǎng),,9.1.3 802.11 局域網(wǎng)的 MAC 層協(xié)議1. CSMA/CA 協(xié)議,無線局域網(wǎng)卻不能簡單地搬用 CSMA/CD 協(xié)議。這里主要有兩個(gè)原因。CSMA/CD 協(xié)議要求一個(gè)站點(diǎn)在發(fā)送本站數(shù)據(jù)的同時(shí)，還必須不間斷地檢測信道，但在無線局域網(wǎng)的設(shè)備中要實(shí)現(xiàn)這種功能就花費(fèi)過大。即使我們能夠?qū)崿F(xiàn)碰撞檢測的功能，并且當(dāng)我們在發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)檢測到信道是空閑的，在接收

13、端仍然有可能發(fā)生碰撞。,無線局域網(wǎng)的特殊問題,當(dāng) A 和 C 檢測不到無線信號時(shí)，都以為 B 是空閑的，因而都向 B 發(fā)送數(shù)據(jù)，結(jié)果發(fā)生碰撞。,這種未能檢測出媒體上已存在的信號的問題叫做隱蔽站問題(hidden station problem),,A 的作用范圍,,C 的作用范圍,A,B,C,D,,,,,無線局域網(wǎng)的特殊問題,,B 向 A 發(fā)送數(shù)據(jù)，而 C 又想和 D 通信。C 檢測到媒體上有信號，于是就不敢向 D 發(fā)送數(shù)據(jù)。,其

14、實(shí) B 向 A 發(fā)送數(shù)據(jù)并不影響 C 向 D 發(fā)送數(shù)據(jù)這就是暴露站問題(exposed station problem),,,,A,D,C,B,？,B 的作用范圍,C 的作用范圍,,,CSMA/CA 協(xié)議,無線局域網(wǎng)不能使用 CSMA/CD，而只能使用改進(jìn)的 CSMA 協(xié)議。改進(jìn)的辦法是把 CSMA 增加一個(gè)碰撞避免(Collision Avoidance)功能。802.11 就使用 CSMA/CA 協(xié)議。而在使用 CSMA/CA

15、 的同時(shí)，還增加使用停止等待協(xié)議。下面先介紹 802.11 的 MAC 層。,802.11 的 MAC 層,,MAC 層,無爭用服務(wù)（選用）,,,,爭用服務(wù)（必須實(shí)現(xiàn)）,分布協(xié)調(diào)功能 DCF(Distributed Coordination Function)(CSMA/CA),點(diǎn)協(xié)調(diào)功能 PCF(Point Coordination Function),,,物理層,,MAC 層通過協(xié)調(diào)功能來確定在基本服務(wù)集 BSS 中的移

16、動(dòng)站在什么時(shí)間能發(fā)送數(shù)據(jù)或接收數(shù)據(jù)。,,,,,MAC 層,無爭用服務(wù),,,,爭用服務(wù),分布協(xié)調(diào)功能 DCF(Distributed Coordination Function)(CSMA/CA),點(diǎn)協(xié)調(diào)功能 PCF(Point Coordination Function),,,物理層,,,,,,DCF 子層在每一個(gè)結(jié)點(diǎn)使用 CSMA 機(jī)制的分布式接入算法，讓各個(gè)站通過爭用信道來獲取發(fā)送權(quán)。因此 DCF 向上提供爭用服務(wù)。,,MAC

17、 層,無爭用服務(wù),,,,爭用服務(wù),分布協(xié)調(diào)功能 DCF(Distributed Coordination Function)(CSMA/CA),點(diǎn)協(xié)調(diào)功能 PCF(Point Coordination Function),,,物理層,,,,,PCF 子層使用集中控制的接入算法把發(fā)送數(shù)據(jù)權(quán)輪流交給各個(gè)站從而避免了碰撞的產(chǎn)生,,幀間間隔 IFS,所有的站在完成發(fā)送后，必須再等待一段很短的時(shí)間（繼續(xù)監(jiān)聽）才能發(fā)送下一幀。這段時(shí)間的通稱

18、是幀間間隔 IFS (InterFrame Space)。幀間間隔長度取決于該站欲發(fā)送的幀的類型。高優(yōu)先級幀需要等待的時(shí)間較短，因此可優(yōu)先獲得發(fā)送權(quán)。若低優(yōu)先級幀還沒來得及發(fā)送而其他站的高優(yōu)先級幀已發(fā)送到媒體，則媒體變?yōu)槊B(tài)因而低優(yōu)先級幀就只能再推遲發(fā)送了。這樣就減少了發(fā)生碰撞的機(jī)會(huì)。,三種幀間間隔,,時(shí)間,SIFS,PIFS,DIFS,,,,,媒體空閑,,,,,,發(fā)送第 1 幀,SIFS,PIFS,,,,,時(shí)間,,NAV（媒體忙）

19、,DIFS,,,,,,,,,,,,,,爭用窗口,發(fā)送下一 幀,,,推遲接入,等待重試時(shí)間,,有幀要發(fā)送,,源站,,時(shí)間,目的站,,,ACK,,SIFS,,,其他站,,有幀要發(fā)送,,,,SIFS，即短(Short)幀間間隔，是最短的幀間間隔，用來分隔開屬于一次對話的各幀。一個(gè)站應(yīng)當(dāng)能夠在這段時(shí)間內(nèi)從發(fā)送方式切換到接收方式。,使用 SIFS 的幀類型有：ACK 幀、CTS 幀、由過長的 MAC 幀分片后的數(shù)據(jù)幀，以及所有回答 AP 探詢的幀

20、和在 PCF 方式中接入點(diǎn) AP 發(fā)送出的任何幀。,三種幀間間隔,時(shí)間,SIFS,PIFS,DIFS,,,,,媒體空閑,,,,,,發(fā)送第 1 幀,SIFS,PIFS,,,,時(shí)間,,NAV（媒體忙）,DIFS,,,,,,,,,,,,,,爭用窗口,發(fā)送下一 幀,,,推遲接入,等待重試時(shí)間,,有幀要發(fā)送,,源站,時(shí)間,目的站,,,ACK,,SIFS,,,其他站,,有幀要發(fā)送,,,,PIFS，即點(diǎn)協(xié)調(diào)功能幀間間隔，它比 SIFS 長，是為了在開

21、始使用 PCF 方式時(shí)（在 PCF 方式下使用，沒有爭用）優(yōu)先獲得接入到媒體中。PIFS 的長度是 SIFS 加一個(gè)時(shí)隙(slot)長度。,時(shí)隙的長度是這樣確定的：在一個(gè)基本服務(wù)集 BSS 內(nèi)當(dāng)某個(gè)站在一個(gè)時(shí)隙開始時(shí)接入到媒體時(shí)，那么在下一個(gè)時(shí)隙開始時(shí)，其他站就都能檢測出信道已轉(zhuǎn)變?yōu)槊B(tài)。,,,,三種幀間間隔,時(shí)間,SIFS,PIFS,DIFS,,,,,媒體空閑,,,,,,發(fā)送第 1 幀,SIFS,PIFS,,,,時(shí)間,,NAV（媒體忙

22、）,DIFS,,,,,,,,,,,,,,爭用窗口,發(fā)送下一 幀,,,推遲接入,等待重試時(shí)間,,有幀要發(fā)送,,源站,時(shí)間,目的站,,,ACK,,SIFS,,,其他站,,有幀要發(fā)送,,,,DIFS，即分布協(xié)調(diào)功能幀間間隔（最長的 IFS），在 DCF 方式中用來發(fā)送數(shù)據(jù)幀和管理幀。DIFS 的長度比 PIFS 再增加一個(gè)時(shí)隙長度。,,,,CSMA/CA 協(xié)議的原理,欲發(fā)送數(shù)據(jù)的站先檢測信道。在 802.11 標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定了在物理層的空中接口進(jìn)

23、行物理層的載波監(jiān)聽。通過收到的相對信號強(qiáng)度是否超過一定的門限數(shù)值就可判定是否有其他的移動(dòng)站在信道上發(fā)送數(shù)據(jù)。當(dāng)源站發(fā)送它的第一個(gè) MAC 幀時(shí)，若檢測到信道空閑，則在等待一段時(shí)間 DIFS 后就可發(fā)送。,為什么信道空閑還要再等待,這是考慮到可能有其他的站有高優(yōu)先級的幀要發(fā)送。如有，就要讓高優(yōu)先級幀先發(fā)送。,假定沒有高優(yōu)先級幀要發(fā)送,源站發(fā)送了自己的數(shù)據(jù)幀。目的站若正確收到此幀，則經(jīng)過時(shí)間間隔 SIFS 后，向源站發(fā)送確認(rèn)幀 AC

24、K。若源站在規(guī)定時(shí)間內(nèi)沒有收到確認(rèn)幀 ACK（由重傳計(jì)時(shí)器控制這段時(shí)間），就必須重傳此幀，直到收到確認(rèn)為止，或者經(jīng)過若干次的重傳失敗后放棄發(fā)送。,虛擬載波監(jiān)聽,虛擬載波監(jiān)聽(Virtual Carrier Sense)的機(jī)制是讓源站將它要占用信道的時(shí)間（包括目的站發(fā)回確認(rèn)幀所需的時(shí)間）通知給所有其他站，以便使其他所有站在這一段時(shí)間都停止發(fā)送數(shù)據(jù)。這樣就大大減少了碰撞的機(jī)會(huì)。 “虛擬載波監(jiān)聽”是表示其他站并沒有監(jiān)聽信道，而是由于其他

25、站收到了“源站的通知”才不發(fā)送數(shù)據(jù)。,虛擬載波監(jiān)聽的效果,這種效果好像是其他站都監(jiān)聽了信道。所謂“源站的通知”就是源站在其 MAC 幀首部中的第二個(gè)字段“持續(xù)時(shí)間”中填入了在本幀結(jié)束后還要占用信道多少時(shí)間（以微秒為單位），包括目的站發(fā)送確認(rèn)幀所需的時(shí)間。,網(wǎng)絡(luò)分配向量,當(dāng)一個(gè)站檢測到正在信道中傳送的 MAC 幀首部的“持續(xù)時(shí)間”字段時(shí)，就調(diào)整自己的網(wǎng)絡(luò)分配向量 NAV (Network Allocation Vector)。NAV

26、指出了必須經(jīng)過多少時(shí)間才能完成數(shù)據(jù)幀的這次傳輸，才能使信道轉(zhuǎn)入到空閑狀態(tài)。,爭用窗口,信道從忙態(tài)變?yōu)榭臻e時(shí)，任何一個(gè)站要發(fā)送數(shù)據(jù)幀時(shí)，不僅都必須等待一個(gè) DIFS 的間隔，而且還要進(jìn)入爭用窗口，并計(jì)算隨機(jī)退避時(shí)間以便再次重新試圖接入到信道。在信道從忙態(tài)轉(zhuǎn)為空閑時(shí)，各站就要執(zhí)行退避算法。這樣做就減少了發(fā)生碰撞的概率。802.11 使用二進(jìn)制指數(shù)退避算法。,圖例 凍結(jié)剩余的退避時(shí)間,,

27、,,,,,,,,,,,,,幀,幀,幀,幀,幀,DIFS,DIFS,DIFS,DIFS,,,,,,爭用窗口,,,,,,,,爭用窗口,爭用窗口,爭用窗口,,,,,,,,,,,,,,,,,,退避,退避,退避,退避,,,,,,,,,,,,,,A,B,C,D,E,t,t,t,t,t,,,,,凍結(jié),凍結(jié),凍結(jié),凍結(jié),凍結(jié),,,,,,802.11 的退避機(jī)制,二進(jìn)制指數(shù)退避算法,第 i 次退避就在 22 + i 個(gè)時(shí)隙中隨機(jī)地選擇一個(gè)，即： 第

28、 I 次退避是在時(shí)隙 {0, 1, …, 22 + i – 1} 中隨機(jī)地選擇一個(gè)。 。第 1 次退避是在 8 個(gè)時(shí)隙（而不是 2 個(gè)）中隨機(jī)選擇一個(gè)。第 2 次退避是在 16 個(gè)時(shí)隙（而不是 4 個(gè)）中隨機(jī)選擇一個(gè)。,退避計(jì)時(shí)器(backoff timer),站點(diǎn)每經(jīng)歷一個(gè)時(shí)隙的時(shí)間就檢測一次信道。這可能發(fā)生兩種情況。若檢測到信道空閑，退避計(jì)時(shí)器就繼續(xù)倒計(jì)時(shí)。若檢測到信道忙，就凍結(jié)退避計(jì)時(shí)器的剩余時(shí)間，重新等待信道變?yōu)榭臻e并

29、再經(jīng)過時(shí)間DIFS 后，從剩余時(shí)間開始繼續(xù)倒計(jì)時(shí)。如果退避計(jì)時(shí)器的時(shí)間減小到零時(shí)，就開始發(fā)送整個(gè)數(shù)據(jù)幀。,退避算法的使用情況,僅在下面的情況下才不使用退避算法：檢測到信道是空閑的，并且這個(gè)數(shù)據(jù)幀是要發(fā)送的第一個(gè)數(shù)據(jù)幀。除此以外的所有情況，都必須使用退避算法。即：在發(fā)送第一個(gè)幀之前檢測到信道處于忙態(tài)。在每一次的重傳后。在每一次的成功發(fā)送后。,2. 對信道進(jìn)行預(yù)約,802.11 允許要發(fā)送數(shù)據(jù)的站對信道進(jìn)行預(yù)約。,A,C,B,D,E

30、,源站 A 在發(fā)送數(shù)據(jù)幀之前先發(fā)送一個(gè)短的控制幀，叫做請求發(fā)送 RTS (Request To Send)，它包括源地址、目的地址和這次通信（包括相應(yīng)的確認(rèn)幀）所需的持續(xù)時(shí)間。,2. 對信道進(jìn)行預(yù)約,802.11 允許要發(fā)送數(shù)據(jù)的站對信道進(jìn)行預(yù)約。,A,C,B,D,E,若媒體空閑，則目的站 B 就發(fā)送一個(gè)響應(yīng)控制幀，叫做允許發(fā)送 CTS (Clear To Send)，它包括這次通信所需的持續(xù)時(shí)間（從 RTS 幀中將此持續(xù)時(shí)間

31、復(fù)制到 CTS 幀中）。,A 收到 CTS 幀后就可發(fā)送其數(shù)據(jù)幀。,,RTS 和 CTS 幀以及數(shù)據(jù)幀和ACK 幀的傳輸時(shí)間關(guān)系,,,,時(shí)間,DIFS,,,RTS,SIFS,,,時(shí)間,,NAV（RTS）,DIFS,,,,爭用窗口,,推遲接入,,源站,,時(shí)間,目的站,,,ACK,,,其他站,,,CTS,SIFS,,,,SIFS,,,,數(shù)據(jù),,NAV（CTS）,NAV（數(shù)據(jù)）,,,9.1.4 802.11 局域網(wǎng)的 MAC 幀,802.

32、11 幀共有三種類型，即控制幀、數(shù)據(jù)幀和管理幀。下面是數(shù)據(jù)幀的主要字段。,,字節(jié) 2 2 6 6 6 2 6 0 ~ 2312 4,,幀控制,持續(xù)期,地址 1,地址 2,地址 3,序號控制,地址 4,幀主體,

33、FCS,協(xié)議版本,類型,子類型,到DS,從DS,更多分片,重試,功率管理,更多數(shù)據(jù),WEP,順序,位 2 2 4 1 1 1 1 1 1 1 1,,MAC 首部,802.11 數(shù)據(jù)幀的

34、三大部分,MAC 首部，共 30 字節(jié)。幀的復(fù)雜性都在幀的首部。幀主體，也就是幀的數(shù)據(jù)部分，不超過2312 字節(jié)。這個(gè)數(shù)值比以太網(wǎng)的最大長度長很多。不過 802.11 幀的長度通常都是小于 1500 字節(jié)。幀檢驗(yàn)序列 FCS 是尾部，共 4 字節(jié),1. 關(guān)于 802.11 數(shù)據(jù)幀的地址,802.11 數(shù)據(jù)幀最特殊的地方就是有四個(gè)地址字段。地址 4 用于自組網(wǎng)絡(luò)。我們在這里只討論前三種地址。,,,,,,,,,序號控制字段、持續(xù)期字段

35、和幀控制字段,序號控制字段占 16 位，其中序號子字段占 12 位，分片子字段占 4 位。持續(xù)期字段占 16 位。幀控制字段共分為 11 個(gè)子字段。協(xié)議版本字段現(xiàn)在是 0。類型字段和子類型字段用來區(qū)分幀的功能。更多分片字段置為 1 時(shí)表明這個(gè)幀屬于一個(gè)幀的多個(gè)分片之一。有線等效保密字段 WEP 占 1 位。若 WEP = 1，就表明采用了 WEP 加密算法。,分片的發(fā)送舉例,t,t,t,源站,目的站,其他站,RTS,CTS,

36、分片 1,,,,,ACK,,,分片 2,ACK,分片 3,ACK,,,SIFS,,NAV (RTS),NAV (CTS),,長的幀劃分為許多分片,,,,9.2 無線個(gè)人區(qū)域網(wǎng) WPAN (Wireless Personal Area Network),在個(gè)人工作地方把屬于個(gè)人使用的電子設(shè)備用無線技術(shù)連接起來自組網(wǎng)絡(luò)，不需要使用接入點(diǎn) AP。整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的范圍大約在 10 m 左右。無線個(gè)人區(qū)域網(wǎng) WPAN 和個(gè)人區(qū)域網(wǎng) PAN (P

37、ersonal Area Network)并不完全等同，因?yàn)?PAN 不一定都是使用無線連接的。,WPAN 和 WLAN 并不一樣。,WPAN 是以個(gè)人為中心來使用的無線人個(gè)區(qū)域網(wǎng)，它實(shí)際上就是一個(gè)低功率、小范圍、低速率和低價(jià)格的電纜替代技術(shù)。WPAN 都工作在 2.4 GHz 的 ISM 頻段。 但 WLAN 卻是同時(shí)為許多用戶服務(wù)的無線局域網(wǎng)，它是一個(gè)大功率、中等范圍、高速率的局域網(wǎng)。,1. 藍(lán)牙系統(tǒng)(Bluetooth),最早

38、使用的 WPAN 是 1994 年愛立信公司推出的藍(lán)牙系統(tǒng)，其標(biāo)準(zhǔn)是 IEEE 802.15.1 。藍(lán)牙的數(shù)據(jù)率為 720 kb/s，通信范圍在 10 米左右。藍(lán)牙使用 TDM 方式和擴(kuò)頻跳頻 FHSS 技術(shù)組成不用基站的皮可網(wǎng)(piconet)。,皮可網(wǎng)(piconet),Piconet 直譯就是“微微網(wǎng)”，表示這種無線網(wǎng)絡(luò)的覆蓋面積非常小。每一個(gè)皮可網(wǎng)有一個(gè)主設(shè)備(Master)和最多7個(gè)工作的從設(shè)備(Slave)。通過共享

39、主設(shè)備或從設(shè)備，可以把多個(gè)皮可網(wǎng)鏈接起來，形成一個(gè)范圍更大的擴(kuò)散網(wǎng)(scatternet)。這種主從工作方式的個(gè)人區(qū)域網(wǎng)實(shí)現(xiàn)起來價(jià)格就會(huì)比較便宜。,藍(lán)牙系統(tǒng)中的皮可網(wǎng)和擴(kuò)散網(wǎng),,,M,M,S,S,P,S,S,S,S,S,P,皮可網(wǎng) 2,擴(kuò)散網(wǎng),,皮可網(wǎng) 1,M,——主設(shè)備,S,——從設(shè)備,P,——擱置的設(shè)備,2. 低速 WPAN,低速 WPAN 主要用于工業(yè)監(jiān)控組網(wǎng)、辦公自動(dòng)化與控制等領(lǐng)域，其速率是 2 ~ 250 kb/s。低速

40、 WPAN 的標(biāo)準(zhǔn)是 IEEE 802.15.4。最近新修訂的標(biāo)準(zhǔn)是 IEEE 802.15.4-2006。低速 WPAN 中最重要的就是 ZigBee。ZigBee 技術(shù)主要用于各種電子設(shè)備（固定的、便攜的或移動(dòng)的）之間的無線通信，其主要特點(diǎn)是通信距離短（10 ~ 80 m），傳輸數(shù)據(jù)速率低，并且成本低廉。,ZigBee 的特點(diǎn),功耗非常低。在工作時(shí)，信號的收發(fā)時(shí)間很短；而在非工作時(shí)，ZigBee 結(jié)點(diǎn)處于休眠狀態(tài)，非常省電。對于

41、某些工作時(shí)間和總時(shí)間之比小于 1% 的情況，電池的壽命甚至可以超過10 年。網(wǎng)絡(luò)容量大。一個(gè) ZigBee 的網(wǎng)絡(luò)最多包括有255 個(gè)結(jié)點(diǎn)，其中一個(gè)是主設(shè)備，其余則是從設(shè)備。若是通過網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器，整個(gè)網(wǎng)絡(luò)最多可以支持超過 64000 個(gè)結(jié)點(diǎn)。,ZigBee 的標(biāo)準(zhǔn),在 IEEE 802.15.4 標(biāo)準(zhǔn)基礎(chǔ)上發(fā)展而來的。所有 ZigBee 產(chǎn)品也是 802.15.4 產(chǎn)品。IEEE 802.15.4 只是定義了 ZigBee 協(xié)議棧的

42、最低的兩層（物理層和 MAC 層），而上面的兩層（網(wǎng)絡(luò)層和應(yīng)用層）則是由 ZigBee 聯(lián)盟定義的。,ZigBee 的協(xié)議棧,,物理層,,MAC 層,,,網(wǎng)絡(luò)層,應(yīng)用層,,,,,IEEE 802.15.4 定義,,ZigBee 聯(lián)盟定義,,ZigBee協(xié)議棧,ZigBee 的組網(wǎng)方式可采用星形和網(wǎng)狀拓?fù)?，或兩者的組合,,,,,,,,,,FFD,FFD,FFD,FFD,FFD,,,,,,,,,,,,,,,,RFD,端設(shè)備,路由器,FFD

43、,,,FFD,協(xié)調(diào)器,有一個(gè)全功能設(shè)備 FFD 充當(dāng)網(wǎng)絡(luò)的協(xié)調(diào)器。ZigBee 網(wǎng)絡(luò)中數(shù)量最多的端設(shè)備是精簡功能設(shè)備 RFD 結(jié)點(diǎn)。,3. 高速 WPAN,高速 WPAN 用于在便攜式多媒體裝置之間傳送數(shù)據(jù)，支持11 ~ 55 Mb/s的數(shù)據(jù)率，標(biāo)準(zhǔn)是 802.15.3， 。IEEE 802.15.3a 工作組還提出了更高數(shù)據(jù)率的物理層標(biāo)準(zhǔn)的超高速 WPAN，它使用超寬帶 UWB 技術(shù)。UWB 技術(shù)工作在 3.1 ~ 10.6 G

44、Hz 微波頻段，有非常高的信道帶寬。超寬帶信號的帶寬應(yīng)超過信號中心頻率的 25% 以上，或信號的絕對帶寬超過 500 MHz。超寬帶技術(shù)使用了瞬間高速脈沖，可支持 100 ~ 400 Mb/s 的數(shù)據(jù)率，可用于小范圍內(nèi)高速傳送圖像或 DVD 質(zhì)量的多媒體視頻文件。,9.3 無線城域網(wǎng) WMAN(Wireless Metropolitan Area Network),2002 年 4 月通過了 802.16 無線城域網(wǎng)的標(biāo)準(zhǔn)。歐洲的

45、ETSI 也制訂類似的無線城域網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn) HiperMAN。WMAN 可提供“最后一英里”的寬帶無線接入（固定的、移動(dòng)的和便攜的）。在許多情況下，無線城域網(wǎng)可用來代替現(xiàn)有的有線寬帶接入，因此它有時(shí)又稱為無線本地環(huán)路。,WiMAXWorldwide Interoperability for Microwave Access,WiMAX 常用來表示無線城域網(wǎng) WMAN，這與Wi-Fi 常用來表示無線局域網(wǎng) WLAN 相似。IEEE 的

46、802.16 工作組是無線城域網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)的制訂者，而 WiMAX 論壇則是 802.16 技術(shù)的推動(dòng)者。兩個(gè)正式標(biāo)準(zhǔn)802.16d（它的正式名字是 802.16-2004），是固定寬帶無線接入空中接口標(biāo)準(zhǔn)（2 ~ 66 GHz頻段）。802.16 的增強(qiáng)版本，即 802.16e，是支持移動(dòng)性的寬帶無線接入空中接口標(biāo)準(zhǔn)（2 ~ 6 GHz頻段），它向下兼容 802.16-2004。,802.16 無線城域網(wǎng)服務(wù)范圍的示意圖,覆蓋范圍,幾

47、種無線網(wǎng)絡(luò)的比較,1 Gb/s100 Mb/s10 Mb/s1 Mb/s100 kb/s10 kb/s,,,用戶數(shù)據(jù)率,PAN LAN MAN WAN,802.15.4ZigBee,802.15.1藍(lán)牙,802.15.3超寬帶,802.11g, a,802.11b,802